JP2931020B2 - CuまたはA▲l▼安定化超電導線及びその製造方法 - Google Patents

CuまたはA▲l▼安定化超電導線及びその製造方法

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JP2931020B2 JP2044142A JP4414290A JP2931020B2 JP 2931020 B2 JP2931020 B2 JP 2931020B2 JP 2044142 A JP2044142 A JP 2044142A JP 4414290 A JP4414290 A JP 4414290A JP 2931020 B2 JP2931020 B2 JP 2931020B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Nb−Tiフィラメント中のピンニングセンタ
ーを人工的に導入したCuまたはAl安定化超電導線とその
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
Nb−Ti超電導線は、その用途により超電導特性の異な
るものが要求され、製造されている。Nb−Ti超電導線の
臨界電流密度特性をコントロールする方法として、一般
的には熱間押出後のNb−Ti超電導線を冷間加工すること
により加工歪を加えていき、逐次多段時時効熱処理を加
えることで冷間加工により生じた転位近傍に微細なα−
Tiを析出させる方法がとられており、この冷間加工率や
時効熱処理条件により得られる臨界電流密度特性をコン
トロールする方法が行われている。この方法によれば、
冷間加工率を大きくとり、多段時効熱処理の回数を増や
したり時間を長くすることでより高い臨界電流密度が得
られることが明らかであるが、Nb−Ti自身の加工性が著
しく低下する為、Nb−Tiフィラメントの断線を招いて超
電導特性を劣化させたり、線材自身の断線に至る場合も
珍しくない。特に粒子加速器用大型マグネットなど高磁
場対応の要求される極細多芯型のNb−Ti超電導線にあっ
ては、著しい加工性の低下につながり、断線が多発する
問題があった。
以上のような問題から、条件の厳しい冷間加工や時効
熱処理を要さずにピン止め力を向上させる方法として、
人工的にピンニングセンターを導入する方法が検討され
てきている。この方法では、Nb−Tiフィラメント中にあ
る程度加工性の良好な常電導物質を素線形成の段階で予
め導入し、以降の減面加工により数〜十数nm程度まで微
細化させてピンニングセンターとするものである。例え
ばNb−Ti細棒に所定の厚さの純Cuのシートを巻いたもの
を複数本束ねてCu或いはCu合金の管内に挿入・嵌合し、
熱間押出した複合材を素線として多芯超電導線を形成す
る場合、Cuがピンニングセンターとなる。Cuは液体He温
度でも常電導体である為、ピンニングセンターとして機
能する。この方法によれば、条件の厳しい冷間加工や時
効熱処理を要さずにピンニングセンターを生成させるこ
とができ、ピンニングセンターの数も、素線の設計によ
り自由にコントロールができる為、臨界電流密度特性を
より正確にコントロールでき、要求特性によって異なっ
た超電導線が設計・製造できるという利点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上記のように、人工ピンニングセンター
としてCuを対象に採り上げた場合、Nb−Tiと変形抵抗が
大きく異なる為複合加工性に問題があり、また中間熱処
理等によって、Nb−TiとCuとの界面に、加工性の著しく
乏しいCu−Ti化合物を生成してしまう為、減面加工の途
中でフィラメントの断線が発生して超電導特性を著しく
劣化させたり、最悪の場合には線材自身の断線に至るな
どの問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記の点に鑑み、鋭意検討の結果為されたも
のであり、その目的とするところは、Nb−Tiフィラメン
ト中に人工的にピンニングセンターを導入したNb−Ti超
電導線に於いて、人工的にピンニングセンターを導入し
たことで、実用上有害となる二次的な反応生成物が生じ
て超電導特性が劣化するようなことのない、且つ加工性
の良好なCu又はAl安定化超電導線、及びその製造方法を
提供するものである。
即ち本発明に於ける超電導線とは、安定化材上に埋め
込まれた複数のNb−Tiフィラメントの各々が、実用上、
安定化材やNb−Tiと反応生成物を生じない材質Bで被覆
された超電導線であって、当該Nb−Tiフィラメントが、
実用上、Nb−Tiや材質Bと金属間化合物を生成しない材
質Aが複数散在している断面構造を持ち、かつ前記Nb−
Tiフィラメント中に散在した材質Aは、当該Nb−Tiフィ
ラメント中における磁束のピンニングセンターとなって
いる、ことを特徴とするCuまたはAl安定化超電導線であ
って、材質AとしてはNbまたはTa、材質BとしてはNbま
たはTaが好適である。またその製造方法とは、Nb−Ti
合金棒に、その長手方向に平行に複数の貫通孔を設け、
その中にNbまたTaの棒を挿入した後、該Nb−Ti合金棒の
周囲をNbまたはTaで被覆し、次いでこれを純Cu管に封じ
熱間押出した複合材を素線とする場合、Nb−Ti合金棒
に、その長手方向に平行に1本、或いは数本の貫通孔を
設け、その中にNbまたはTaの棒を挿入したものを複数本
束ね、その周囲をNbまたはTaで被覆し、次いでこれを純
Cu管に封じ、熱間押出したものを素線とする場合、Nb
−Ti合金棒の複数本と、NbまたはTa棒の複数本を、Nbま
たはTa棒の複数本が相互に接触し合わないように束ね、
その周囲をNbまたはTaで被覆し、次いでこれを純Cu管に
封じ、熱間押出した複合材を素線とする場合の各々につ
いて、その素線を複数本束ねて純Cu管または純Al管に挿
入・密封後熱間押出することを特徴とするCuまたはAl安
定化超電導線の製造方法である。
〔作用〕
本発明に於いては、1本のNb−Tiフィラメントの断面
内に散在する複数の材質Aが、実用上Nb−Tiと金属間化
合物を生成しない為、人工的にピンニングセンターを導
入したことで塑性加工上有害となる二次的な反応生成物
は生成されず、健全に加工することができる。更にこの
材質Aとして例えばNbまたはTaのようにNb−Tiと変形抵
抗の差の大きくない材質を用いることで複合加工性も向
上するので好ましい。ここで人工ピンニングセンターに
NbやTaを用いた場合これらも液体He温度に於いては超電
導性を示すが、Nb−Tiの超電導特性はこれらよりも優れ
る為、実用上はこれらの臨界磁場や臨界電流密度以上の
条件で使用され、この条件下ではNbやTaの超電導性は破
れて常電導状態となる為、実用上問題なくピンニング効
果が得られる。また、人工ピンニングセンターの導入さ
れた各Nb−Tiフィラメントを、実用上、安定化材やNb−
Ti、材質Aと反応生成物を生じない材質Bで被覆してお
くことで、安定化材とNb−Ti或いは/及び材質Aと反応
することを防止でき、且つ塑性加工上有害となる二次的
な反応生成物も生成しない為、健全に加工することがで
きる。
〔実施例〕
Nb−Ti棒の長手方向に平行に220本の貫通孔をあけ、
その中にNb棒を挿入、充填した後、該Nb−Ti棒の周囲を
Nbシートで被覆し、次いでこれをCu−0.5wt%Mnの管に
挿入・嵌合した複合材を押出温度900℃で熱間押出し、
伸線して最終六角形状に成形した後整直、切断したもの
を1次素線とし、該1次素線を130本整然と束ねて純Cu
管に挿入し、純Cuフタで両端を密封した複合材を押出温
度500℃で熱間押出した後、伸線し最終六角形状に成形
し整直・切断したものを2次素線とし、該2次素線を22
2本整然と束ねて純Cu管に挿入し、純Cuフタで両端を密
閉して100mmφ×500mmlのケーブルビレットを作製し
た。このケーブルビレットを押出温度500℃で15mmφに
熱間押出した後、総加工率約52%ごとに時効熱処理380
℃×24hrを加える操作を4回繰返しながら3.44mmφ(as
−annealed)まで伸線し、その後は無焼鈍で0.520mmφ
まで伸線し、最後にアニーラーで500℃×20m/minの走間
焼鈍を行った。この時、Nb−Tiフィラメント1本当たり
の径は約1.065μmであり、更にこのフィラメント中に
は、太さ約5.8nmφのNbが約64.9nmの間隔で散在してい
る断面構造となっている。この0.520mmφの線材につい
て液体Heで冷却し、5Tの磁場中で臨界電流値・IC(A)
を測定し、臨界電流密度、JC(A/mm2)を計算により求
めた。測定は0.520mmφの長尺線から任意にサンプリン
グしたn=20について行った。その結果、3080〜3220
(A/mm2)と高い臨界電流密度が安定して得られている
ことがわかった。比較材として、Nb−Ti棒にNbシートを
巻き付けたものをCu−0.5wt%Mnの管に挿入・嵌合した
複合材を押出温度900℃で熱間押出し、伸線して最終六
角形状に成形した後整直・切断したものを1次素線とし
て、上記と同一構成の100mmφ×500mmlのケーブルビレ
ット(素線数28860本)を作製し、同一の加工条件で0.5
20mmφまで伸線加工し、最後にアニーラーで500℃×20m
/minの走間焼鈍を行った。この時のNb−Tiフィラメント
1本当たりの径は約1.065μmであり、断面には特に何
も埋設されていない。この0.520mmφの線材について上
記と同一の測定方法、測定条件により、IC(A)を測定
し、JC(A/mm2)を計算により求めたところ、5Tで2520
〜2680(A/mm2)と高いJC値ではあったものの、Nb人工
ピンニングセンターを導入した実施例の場合よりもやや
劣る結果となった。また、もう一種の比較材として先の
Nbの人工ピンニングセンターを導入した構成に対し、こ
れを純Cuに置き換えた構成にして、つまりCuを人工ピン
ニングセンターとして考える構成にした線材を作製し
た。ところがこの場合、最終加工工程0.520mmφまで縮
径する以前に線材表面にくびれが見られたり、断線が多
発した。この線材の断線部をHNO3に浸漬してCu部を溶解
除去し、Nb−Tiフィラメントを摘出して走査電子顕微
鏡、及び電子線マイクロアナライザーにより調べたとこ
ろ、Nb−Tiフィラメント表面、或いは内部のいたるとこ
ろにCu−Ti化合物の粒が生成しており、これが原因とな
って断線に至ったものと考えられる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、Nb−Tiフィラメ
ント中に人工的にピンニングセンターを導入するに際
し、Nb−Tiと塑性加工上有害となる二次的な反応生成物
を実用上生じない材質を人工ピンニングセンターとする
ことで、加工性を劣化させることなく、目的とする線材
が加工でき、且つ、人工ピンニングセンターを導入しぃ
たことにより、超電導特性を向上せしめるという工業上
優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明CuまたはAl安定化超電導線の構造を示す
説明図である。第1図において(a)が集合して(b)
となり(b)が集合して(c)となる。 1……Nb−Ti、2……材質A、3……材質B、4……安
定化材、5……素線、6……ケーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 欽也 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河電気工業株式会社内 審査官 小山 満 (56)参考文献 特開 昭63−124310(JP,A) 特開 昭60−100307(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01B 12/10 H01B 13/00 563

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】安定化材上に埋め込まれた複数のNb−Tiフ
    ィラメントの各々が、実用上、安定化材やNb−Tiと反応
    生成物を生じない材質Bで被覆された超電導線であっ
    て、当該Nb−Tiフィラメントが、実用上、Nb−Tiや材質
    Bと金属間化合物を生成しない材質Aが複数散在してい
    る断面構造を持ち、かつ前記Nb−Tiフィラメント中に散
    在した材質Aは、当該Nb−Tiフィラメント中における磁
    束のピンニングセンターとなっている、ことを特徴とす
    るCuまたはAl安定化超電導線。
  2. 【請求項2】材質AがNbまたはTaであることを特徴とす
    る請求項1記載のCuまたはAl安定化超電導線。
  3. 【請求項3】材質BがNbまたはTaであることを特徴とす
    る請求項1記載のCuまたはAl安定化超電導線。
  4. 【請求項4】Nb−Ti合金棒に、その長手方向に平行に複
    数の貫通孔を設け、その中に、NbまたはTaの棒を挿入し
    た後、該Nb−Ti合金棒の周囲をNbまたはTaで被覆し、次
    いでこれを純Cu管に封じ、熱間押出した複合素材を素線
    とし、該素線を複数本束ねて純Cu管または純Al管に挿入
    ・密封後熱間押出することを特徴とするCuまたはAl安定
    化超電導線の製造方法。
  5. 【請求項5】Nb−Ti合金棒に、その長手方向に平行に1
    本、或いは数本の貫通孔を設け、その中にNbまたはTaの
    棒を挿入したものを複数本束ね、その周囲をNbまたはTi
    で被覆し、次いでこれを純Cu管に封じ熱間押出した複合
    材を素線とし、該素線を複数本束ねて純Cu管または純Al
    管に挿入、密封後熱間押出することを特徴とするCuまた
    はAl安定化超電導線の製造方法。
  6. 【請求項6】Nb−Ti合金棒の複数本と、NbまたはTa棒の
    複数本を、NbまたはTa棒の複数本が相互に接触し合わな
    いように束ね、周囲をNbまたはTaで被覆し次いでこれを
    純Cu管に封じ熱間押出した複合材を素線とし、該素線を
    複数本束ねて純Cu管または純Al管に挿入・密封後熱間押
    出することを特徴とするCuまたはAl安定化超電導線の製
    造方法。
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